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3eschreibung Verfahren und Vorrichtung zum Wickeln von Spulen insbesondere
Elektrospulen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Wickeln einer Spule, insbesondere einer Elektrospule auf einen Spulenkörper.
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Es ist bereits eine Vorrichtung zum Wickeln von Elektrospulen vorgeschlagen
worden, die eine Drahtführungseinrichtung, z.B. eine Metallstange, umfasst, die
so angeordnet ist, dass sie sich um die Achse eines ortsfesten Spulenl;örpers dreht,
dem der Draht zr Bildung der Spule von der DrahtfUhrungseinrichtung zugeführt wird.
Die Drahtführungseinrichtung ist so ausgebildet, dass sie sich sowohl dreht als
auch parallel zur Achse des Spulenkörpers hin- und herbewegt, während sie um den
Spulenkörper herum rotiert, wobei die Hin- und Herbewegung gewöhnlich durch eine
Nockeneinrichtung gesteuert wird.
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Bei dieser Anordnung tritt die Schwierigkeit auf. dass die Hin- und
Herbewegung der Drahtführungseinrichtung .1eee Neigung derselben, bei hohen Drehgeschwindigkeiten
das Gleichgewicht zu verlieren, erhöht.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den vorgenannten Nachteil
zu beseitigen oder zumindest auf ein Mindestmass zurückzuführen. Gemäss einem ersten
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren geschaffen, eine Spule auf einen Spulenkörper
zu wickeln, indem eine Draht für die Spule führende Führungseinrichtung um einen
Spulenkörper auf einer Halterung gedreht wird, während der Spulenkörper und die
Halterung entlang der Achse des Spulenkörpers hin- und herbewegt werden.
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Gemäss einem zweiten Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung geschaffen,
eine Spule auf einen Spulenkörper zu wickeln, die eine Halterung für einen Spulenkörpei-,
eine Führungseinrichtung zum Zuführen von Draht auf einen Spulenkörper auf der Halterung,
eine Einrichtung zum Drehen der FUhrungseinrichtunx um die Achse eines Spulenkörpers
auf der Halterung und eine Einrichtung zum Hin- und Herbewegen der Halterung entlang
der Achse umfasst. Da die Führungseinrichtung nicht hin- und herbewegt wird, wird
sie bei hohen Geschwindigkeiten weniger leicht unstabil.
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Die Einrichtung zum Drehen der Führung-einrichtung und die Einrichtung
zum Hin- und Herbewegen der Halterung haben vorteilhafterweise denselben Antrieb,
wodurch die Drehgeschwindigkeit der Führungseinrichtung proportional zur Geschwindigkeit
der Hin- und Herbewegung der Halterung ist.
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Vorteilhafterweise umfasst die Führungseinrichtung ein zylindrisches
Teil mit einem offenen Ende zum Aufbringen eines Spulenkörpers auf die Halterung.
Eine zylindrische Fhrungseinrichtung vereint die Vorteile hoher Festigkeit und geringen
Gewichts sowie hoher Sicherheit, da sie einen Schutzschild bildet, wenn bei hohen
Geschwindigkeiten irgendetwas vom Spulenkörper oder anderen Teilen im Zylinder geschleudert
werden sollte.
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Das dem offenen Ende entgegengesetzte Ende des zylindrischen Teils
ist vorzugsweise auf einer Antriebswelle montiert.
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Die FUhrungseinrichtung kann ein rohrförmiges Teil umfassen, durch
welches der Draht auf den Spulenkörper geführt wird.
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Statt des vorgenannten rohrförmigen Teils kann die Führungseinrichtung
ein Aussenrohr aus einem sehr widerstandsfähigen Material, z.B. aus rostfreiem Stahl,
mit einer Innenauskleidung mit einer Vertiefung zur Führung des auf den Spulenkörper
zu wickelnden Drahts umfassen, wobei die Innenauskleidung
aus verhältnismässig
leichtem Material, z.B. as Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, hergestellt
ist.
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Die Führungseinrichtung kann in Lagern, vorzugsweise Fludlagern,
gelagert sein. Dies verringert die überhängende Masse und führt so zu erhöhter Stabilität
mit dem Ergebnis, dass hohe Geschwindigkeiten angewendet werden können.
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Im folgenden werden anhand schematischer Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Teilquerschnitt
der ersten Ausführungsform der Vorrichtung zum Wickeln einer Elektrospule und Fig.
2 einen Teilquerschnitt der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zum Wickeln
einer Elektrospule.
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In Fig. 1 umfasst eine Vorrichtung zum Wickeln einer Elektrospule
eine Drahtführungseinrichtung 1, die aur einer Antriebswelle 2 montiert ist, welche
in im allgemeinen mit 3 bezeichneten Lagern gelagert ist. Die Lager 3 sind herkömmlicher
Bauart und werden daher nicht näher beschrieben.
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Die Führungseinrichtung 1 umfasst einen Zylinder 4, der an einem Ende
durch eine Wand 5 geschlossen ist, die jedoch eine oeffnung 6 enthält, durch welche
die Antriebswelle 2 hindurchführt.
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Die Antriebswelle 2 besitzt eine zentrale Bohrung 7, die sich an beiden
Enden verbreitert, um einerseits ein keramisches Einsatzstück 8 und andererseits
das Ende eines keramischen rohrförmigen Teils 9 aufzunehmen. Das rohrförmige Teil
9 ist nach aussen gegen das offene Ende des Zylinders gebogen und endet in einem
gebogenen Endstück, dessen Offnung auf die Drehachse der Führungseinrichtung gerichtet
ist.
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Ein Spulenkörper 10 ist am Ende einer Halterungswelle 11 angebracht,
die sich so hin- und herbewegt, dass sich der Spulenkörper zwischen einer Stellung
völlig innerhalb der FUhrungseinrichtung (wie gezeigt) und einer Stellung, bei der
nur das freie Ende des Spulenkörpers innerhalb der Führungseinrichtung liegt, hin-
und herbewegt. Beim Betrieb läuft der Draht durch das Einsatzstück 8, die Bohrung
7 und das rohrförmige Teil 9, von wo aus er auf den Spulenkörper 10 gewickelt wird.
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Im folgenden wird die Einrichtung zum Drehen der Antriebswelle 2
und die Einrichtung zum Hin- und Herbewegen der Halterungswelle 11 beschrieben.
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Eine in Lagern 16 gelagerte Transmissionswelle 15 ist von einem Elektromotor
(nicht gezeigt) angetrieben. Zwischen den Lagern 16 ist ein Zahnkranz 12 fest auf
der Transmissionswelle 15 angebracht, der den Antrieb der Transmissionswelle 15
auf die Antriebswelle 2 huber einen mit Zähnen versehenen
Riemen
13 (gestrichelt gezeichnet) und eine aur der Antriebswelle 2 fest angebrachte gezahnte
Tromnl 14 überträgt. Die Trommel ist so lang, dass ggf. zwei Riemen darauf Platz
haben. An dem dem Zahnkranz 12 entgegengesetzten Ende der Transmissionswelle 15
befindet sich ein Rad 17, das über einen Riemen 18 mit einem weiteren Rad 19 auf
der Eingangswelle eines Getriebegehäuses 20 verbunden ist. Vorzugsweise wird ein
Schneckenreduziergetriebe, z,B, mit einem RedWktionsverhältnis von 40 : 1, verwendet.
Eine Nockeneinrichtung kann zur Xnderung des Reduktionsverhältnisses eingebaut sein.
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Die Ausgangswelle des Getriebegehäuses 20 treibt ein erstes Zahnrad
21 an, welches in ein zweites Zahnrad 22 eingreift, das wiederum in ein drittes
Zahnrad 23 eingreift.
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Das zweite Zahnrad 22 ist mit einer rechtslaufenden Kupplung 24, und
das dritte Zahnrad 23 ist mit einer linkslaufenden Kupplung 25 verbunden. Die rechtslaufende
Kupplung treibt ein Ritzel 26, und die linkslaufende Kupplung treibt ein Ritzel
27 an, die beide in eine auf der Halterungswelle 11 angebrachte Zahnstange 28 eingreifen-.
Bemerkenswert ist, dass beim Eingreifen der rechtslaufenden Kupplung die Zahnstange
28 und damit die Halterungswelle 11 in der einen Axialrichtung bewegt werden, und
dass beim Eingreifen der linkslaufenden Kupplung die Zahnstange 28 und die Halterungswelle
11 in der entgegengesetzten Axialrichtung bewegt werden. In jedem Fall läuft dasjenige
der Ritzel 26 und 27, das nicht eingreift, leer.
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Grenz- oder Endschalter (nicht gezeigt) sind vorgesehen, um durch
Ubertragung eines Signals, das die Auskupplung der einen Kupplung und die Einkupplung
der anderen bewirkt den Zug der Zahnstange 28 zu begrenzen. Das Ein- und Auskuppeln
erfolgt durch ein in Fig. 1 unterhalb der Kupplungen gezeigtes pneumatisches System.
Dieses System wird nicht im einzelnen beschrieben, da es herkömmlicher Art ist.
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Bemerkenswert-ist, dass bei der zuvor beschrietenen Vorrichtung die
Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 2 proportional zu der Geschwindigkeit der
Hin- und Herbewegung der Halterungswelle 11 ist. Dies ist für einen einheitlichen
Abstand der Windungen der zu wickelnden Spule von Wichtigkeit.
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Wenn hohe Geschwindigkeiten erforderlich sind, kann der Elektromotor
durch eine Turbine ersetzt werden.
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Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, die in mancher Hinsicht der in Fig.
1 gezeigten ähnlich ist. Die Vorrichtung umfasst eine mit einen konischen Endstück
32 einer Antriebswelle 31 verbundenen Führungseinrichtung 30. Die Verbindung zwischen
der Führungseinrichtung 30 und dem Endstück 32 ist so ausgebildet, dass nur Umfangskräfte
von der Antriebswelle 31 auf die Führungseinrichtung übertragen werden.
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In einem ersten Teilstück 42 eines Gehäuses 41 ist die
Antriebswelle
durch Luftlager 44 abgestützt, und die Führungseinrichtung ist in einem zweiten
Teilstück 43 des Gehäuses 41 durch Luftlager 45 abgestützt. Um zu vermeiden, dass
Luft von den Luftlagern ins Innere der FUhzlngseinrichtung 30 austritt, ist zwischen
der inneren Stirnflache der Führungseinrichtung dz und der angrenzenden Stirnfläche
des konischen Endstücks 32 der Antriebswelle 31 eine 0-Ring-Dichtung 33 vorgesehen.
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Die Antriebswelle 31 hat eine Axialbohrung 38, die sich an beiden
Enden verbreitert, um die keramischen Einsatzstücke 34 bzw. 35 aufzunehmen. Zwei
Keramikstäbe 36 sind innerhalb der Führungseinrichtung an deren Innenseite vorzugsweise
in geringem Abstand von dieser befestigt. Beim Betrieb wird der Draht durch das
Einsatzstück 35, die Bohrung 38, das Einsatzstück 34 und zwischen den Stäben 56
und der Innenseite der Führungseinrichtung hindurchgeführt, bevor er auf einen auf
einer Halterungswelle 40 angebrachten Spulenkörper 39 gewickelt wird. Die Halterungswelle
40 bewegt sich axial so hin und her, dass der Spulenkörper sich zwischen einer Stellung
völlig innerhalb der Führungseinrichtung (wie gezeigt) und einer Stellung, bei der
nur ein Ende des Spulenkörpers innerhalb der Führungseinrichtung liegt, hin- und
herbewegt. Der Draht kann in einer Längsvertiefung (nicht gezeigt) in der Innenseite
der Führungseinrichtung geführt sein, um das Gleichgewicht derselben zu erhöhen.
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Die Antriebswelle 31 ist durch einen Riemen 37 angetrieben, wobei
der Antrieb für den Riemen 37 und die Halterungswelle 40 im wesentlichen gleich
dem der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ist und daher in Fig. 2 nicht gezeigt ist.
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Bemerkenswert ist, dass die Führungseinrichtung durch die Lager 45
keine grosse Uberhängende Masse hat, und dass so bei hohen Drehgeschwindigkeiten
jede Neigung der FUhrungseinrichtung zur Instabilität verringert wird.
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Obwohl die Erfindung bisher allgemein und insbesondere im Hinblick
auf das Aufwickeln von Draht für eine Elektro-Spule beschrieben wurde, kann sie
auf das Wickeln anderer Spulen und auch für das Wickeln von fadenartigen Materialien
ausser Draht angewendet werden. Obwohl die Erfindung insbesondere im Hinblick auf
die Antriebswellen 2 und 31 mit zentraler Bohrung 7 bzw. 38 beschrieben wurde, können
auch Bohrungen verwendet werden, die nicht zentral in der Welle liegen. Bezweckt
ist damit die Verminderung der Zugkraft, die der Draht auf eine Drahthaspel (nicht
gezeigt) ausübt, von der der Draht durch die Bohrung und die Führungseinrichtung
zum Spulenkörper geführt wird. Wenn sich die Richtung des Drahtes ändert, stützt
er sich auf eine Auflagefläche z.B. des Einsatzstcks 34 und der Stäbe 36 (Fig. 2)
oder der Innenfläche des rohrförmigen Teils 9 (Fig. 1).
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Dles hat einen Zug zur Folge, dessen Stärke von der Wucht der Richtungsänderung
und dem Reibungskoeffizienten zwischen dem Draht unu der Auflagefläche bestimmt
wird (dle Art und Weise des Entstehen vor; Zug ist analog zum willkürlichen Zug,
der entsteht, wenn beim Festmachen eines Schiffes oder Bootes ein Seil um einen
Duckdalben geschlungen wird).
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Dieser Zug kann verringert werden durch Verkleinern des Gesamtwinkels,
um den der Draht auf dem Weg von der Drahthaspel zum Spulenkörper seine Richtung
ändern muss. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Bohrung in radialem Abstand
von der Achse der Antriebswelle 2 oder 31 angeordnet ist, wodurch die Richtungsänderung
des Drahtes verringert wird, wenn er aus der Bohrung heraustritt und zur Innenfläche
der zylindrischen Führungseinrichtung geführt wird.
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Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale werden -
soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind
- als erfin(lungswesentlich beansprucht.
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Ansprüche: